JPS62263870A - タ−ビンノズルダイアフラムの溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ノズル翼をスペーサを介してノズルダイヤフ
ラム内外輪に接合する溶接構造のタービンノズルダイア
フラムの溶接方法に関するものである。

（従来の技術） タービンノズルダイアフラムはノズル翼を通過する蒸気
を熱膨張させ、蒸気の流れ方向と速度を決めてタービン
動翼に効率よく流入させるためのもので、第３図に示す
ように半円形リング状の外輪１および内輪２の間に複数
個のノズル板３を放射状に配設して構成される。

従来のノズルダイアフラムは第４図に示す如く内側支持
当板４と外側支持当板４′とを同心状に置き、この二つ
の支持当板４，４′に設けられた複数個の孔にノズル板
３を嵌入し、次にこのノズル板３の両端部と二つの支持
当板４，４′とをそれぞれシール溶接５，５′により固
着した後、内側支持当板４を内輪２と外側支持板４′を
外輪１とそれぞれ溶接して接合部６を形成することによ
って組立てていた。

従って従来のノズルダイアルフラムは、第４図に示すよ
うに内外軸２．１と内外支持当＠４．４’との間には、
それぞれ非溶着部７′および７が、また内外支持当板４
，４′　とノズル板３との間にはそれぞれ非７６着部８
ａ、８ｂおよび８ａ’　、　８ｂ’　が存在するのが一
般的である。

第５図はこのような構造のノズルダイアフラムに対して
有限要素法弾塑性解析を実施した結果を示すもので、設
計差圧が負荷された場合（Ａ、）、設計差圧の１６０％
が負荷された場合（Ａ１）、および設計差圧の２００％
が負荷された場合（Ａ２）の各段階における塑性変形域
を表わしている。！５５図から明らかなように、応力が
高くて塑性変形の著しいのは内輪側蒸気入口のノズル板
付根部の非溶着部８ａ近傍である。実際に実機大モデル
の繰返し負荷による疲労試験を実施した場合でも、主と
してき裂は内輪側非溶着部８Ｑの先端を起点にして発生
している。

よって、ノズルダイアフラムの強度、剛性低下は、非溶
着部付近の強度低下が原因となっていることは明らかで
ある。

また、半円状の２分割構造となっているため、タービン
ノズルダイアフラムの圧力による変形特性および破３１
１挙動はおのずと決定される。すなわち、ノズル翼３を
通過する蒸気流によるタービンノズルダイアフラムの最
大たわみ変形量はノズルダイアフラム内輪２の内側水平
接合面に生じる。

また破壊挙動も上記水平接合面に最も近い位置のノズル
翼３に大きな応力が発生することから、水平接合面に最
も近い位置のノズル翼３がノズルダイアフラム外輪１お
よび内輪２から脱落することで破壊が発生する。

上述した材料力学上の変化を第６図、第７図を参照して
説明する。第６図は、ノズル翼３の応力σを水平接合面
１０から角度Ｏによる変化について示し、また第７図は
ノズルダイアフラム内輪２の内器水平接合のたわみ量を
、水平接合面１０からの角度θによる変化について示し
である。たわみはノズルダイアフラム内輪２の内側の水
平接合面７で最大となり、水平接合面１０からの角度θ
により第６図のように変化する。すなわち、水平接合面
１０近傍のノズル翼３の応力レベルがθ；４５°のノズ
ル翼の応力レベルの１．５倍程度高くなり、また、水平
接合面７の内輪２内側のたわみはθ＝４５″′の位置に
おけるたわみの１．３倍程度高くなる。このため従来の
設計は水平接合面１０の形状がポイントとなり、応力が
高い場合は、開先溶接６を深くしてノズルダイアフラム
内輪２あるいは外＠１とノズル翼３との接合を強固にし
ていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、開先溶接６を深くして完全溶接を実施す
ると、溶接量が必然的に増大することになり、この溶接
量の増大はノズルダイアフラム組立て工数の増大のみな
らず、溶接施工時における著しい溶接変形不具合の原因
となり、また溶接残留応力もきわめて大きくなる。その
ため応力除去焼なましによっても残留応力が除去しきれ
ず、運転中に残留応力が除々に解放され、タービンノズ
ルダイアフラムの変形を生じる。

以上のように、ノズルダイアフラムはタービンのロータ
、１ｊＪ翼等の回転部と軸方向、半径方向の間隙を最小
寸法として取付けられタービンの高効率化を計っている
ので、上記のような剛性低下やき裂発生はＢ点のたわみ
量増大をもたらし重大！□ｌＳ故発生の危険がある。

本発明の目的は１強度がすぐれて剛性が高くかつ溶接作
業が簡単で溶接部の（Ｒ頼性が向上するようなタービン
ノズルダイアフラムの溶接方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明のタービ
ンノズルダイアフラムの溶接方法は、支持当板に設けら
れた孔にノズル板の端部を嵌入して端面を降伏点の高い
溶接材料で溶接した後、支持当板と内外輪とを開先溶接
して一体化する際に、降伏点の高い材料で非溶着部近傍
を溶接し、残りの部分は溶接性の良い材料で溶接するこ
とを特徴とするものである。

本発明の溶接方法においては、非溶着部のひずみを著し
く低減でき、強度剛性が優れて溶接部の信頼性が向上し
たタービンダアフラムを得ることができる。

（実施例） 以下本発明による溶接方法を第１図を参照して説明する
。第１図は、本発明の溶接方法によって溶接したノズル
ダイアフラムの溶接結合状態を示すものである。内外支
持当板４，４′に設けられた孔にノズル板３の端部を嵌
入して端面を降伏点の高い溶接材料でシール溶接５した
後、内外支持当板４，４′およびノズル板３と内外輪１
，２とに生じる溶接非溶着部近傍に一層だけ降伏点の高
い溶接材料で高強度溶接を施工した後に、溶接性の良い
溶接材料で開先溶接部６により内外輪１゜２と内外軸側
支持当板４，４′を接合してノズルダイアフラムを製造
するものである。

これにより従来き裂発生点となり強度低下への影響が著
しい溶接非溶着部８ａでの負荷時のひずみ量が大幅に低
減されるので剛性および強度の著しい向上が得られる。

第２図は、従来方法による構造と本発明による構造との
溶接非情部におけるひずみと疲労寿命を比較したもので
ある。ひずみε１は、従来方法による溶接金属に発生す
るひずみであり、実機で発生するひずみよりかなり過大
にしたものである。

このひずみでの疲労寿命はＮ１となる。また、ひずみε
２は、本発明の方法の溶接金属に発生するひずみであり
、溶接金属の強度が高いため同じ外力が負荷されてもひ
ずみは、従来方法に比べて約１７２に減少している。こ
のＥ２での疲労寿命はＮ２となり強度が極端に向上する
この第２図において、従来方法も本発明の方法の溶接金
属共にひずみ範囲による疲労寿命線図は同等であるため
、１本の曲線で寿命線図としている。

このように非溶着部付近を一層だけ降伏点の高い材料に
より溶接することにより剛性および強度が向上する。ま
た、従来の方法では、強度を保つため開先を深くする等
の溶接工数を多くして改善していたが本発明では、強度
向上と工数低減をしているため生産性も向上できる。

タービンノズルダイアフラムは二分割構造となっている
ため、水平接合面付近のノズル翼３では、他の部位に比
べて過大なたわみが発生している。

よって、第６図および第７図に示されるようにたわみ量
に変化の見られる０〜３０”　までの溶接を本発明の方
法を用いることによりたわみ域が他の部位と同等となり
剛性の著しい向上が得られることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば支持当板に設けられた
孔にノズル板の端部を嵌入して端面を降伏点の高い溶接
材料で溶接した後、支持当板と内外輪とを開先溶接して
一体化する際に降伏点の高い材料で非溶着部近傍を一層
だけ溶接し、残りの部分は溶接性の良い材料で従来方法
のように溶接することにより、非溶着部のひずみを著し
く低減でき、強度・剛性が優れて溶接部の信頼性が向上
したタービンダイアフラムが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービンノズルダイアフラムの溶
接方法によって溶接したノズルダイアフラムを示す断面
図、第２図はその溶接部の疲労寿命比較図、第３図は一
般的なタービンノズルダイアフラムの正面図、第４図は
第３図のＸ−Ｘ線矢視に沿って切断した拡大断面図、第
５図は、従来の溶接方法によるノズルダイアフラムの有
限要素法解析結果による塑性変形域分布図、第６図は水
平接合面からの角度に応じたノズル翼応力分布図、第７
図はノズルダイアフラム内軸内側のたわみ分布図である
。 １・・・外輪　　　　　　　２・・・内輪３・・・ノズ
ル板　　　　　４・・・内軸側支持当板４′・・・外輪
側支持当板　５，５′　・・・シール溶接部６・・・開
先溶接部 ７．８ａ、８ａ’　、８ｂ、８ｂ’　−溶接非溶着部９
．９′・・・高強度溶接部　１ｏ・・・水平接合面（８
７３３）　　代理人　弁理上　猪　股　祥　晃（はが１
名）＄　　１　　図 ＆す４命、　Ｎｆ 第　２　　図 茅　３　図 茅　４　回 ＡＯ：　■ Ａ１：　　ロコ Ａ２：　７コ 茅　／：）　　　図 茅　７　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内輪および外輪の少なくとも一方とノズル板とを円
   環状の支持当板を介して溶接構成するタービンノズルダ
   イアフラムにおいて、非溶着近傍を降伏点の高い溶接材
   料で溶接することを特徴とするタービンノズルダイアフ
   ラムの溶接方法。 ２、半円環状に２分割されたノズルダイアフラムの水平
   接合面より円周方向に３０°の範囲において、非溶着部
   近傍を降伏点の高い溶接材料で溶接することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のタービンノズルダイアフ
   ラムの溶接方法。